刘小龙
摘要:该文阐述了燃烧器自动上料多种方案的选择和选型优化设计,安装调试,分析了难点,分别给出解决方案,由最初人工上料升级为无人自动上料,由无序上料变成有序上料。填补整个燃烧器自动组装线的空白。
关键词:燃烧器;自动上料;人工上料;无序上料;有序上料
0 引言
随着我国经济建设的稳步上升,环保要求也越来越严。目前国外已经对天然气燃烧产生的废气有性能指标要求,同时也要求国内代加工厂商生产的燃烧器相关系列的产品达到废气排放标准。国内代加工厂商为保证产品稳定性和良率,只有通过实现自动化,无人化生产模式,尽量减少人为因素引起的产品质量问题,才能实现质量的管控。國内加工厂商也要求设备厂商设计燃气器自动组装线尽量无人化,其中原有人工上料方式需变成自动上料方式。
1 燃烧器自动上料多种方案的选择和选型优化设计
1.1 燃烧器成形内壳上料要求
①内壳成形件可设置小车型料仓,小车上放置一定数量通用型周转箱,规格400*600,周转箱约存放130件左右,周转箱内无序放置,上料过程不能损伤冲压件精度,上料周期在90分钟左右,确保生产过程不停机。
②料仓设置警界线,物料低于警界线时,设备自动闪黄灯,提示上料。
③设备需有专用的机构从料仓中拿取内壳成形件放在专用工装上。
④料箱存放零件数量不等,需考虑零件在料箱的位置检测(深度检测)。
燃烧器成形内芯上料要求:
①内芯成形件上料周期在1小时左右,再上料过程不损伤成形件精度的前提下可用振动盘或其他方式上料,来料用300*400规格周转箱。
②料仓设置警界线,物料低于警界线时,设备自动闪黄灯,提示上料。
③设备需有专用的机构从料仓中拿取内芯成形件放在专用工装上。
④料箱存放零件数量不等,需考虑零件在料箱的位置检测(深度检测)。
1.2 燃烧器自动上料方案
燃烧器自动上料有多种方案,其选择和选型优化设计主要分5种类型的方案,具体如下。
1.2.1 震动盘内壳内芯上料方案
人工将物料箱中的产品放入喂料机构中,通过喂料机构给振动盘补料,振动盘将产品排出,流入流水线,通过视觉进行引导机器人抓取产品,如图1所示。
这种方案加工周期短,通过震动盘就能实现自动排料,结合视觉机器人就能实现自动上料。在设计自动喂料到震动盘过程中是有一定困难难度,需考虑到料箱中的零件如何倒入不损伤的问题。
1.2.2 3D视觉(结构光)方案
人工将物料箱放入放料区,通过升降机移栽机构将料箱移栽到机器人取料区,机器人进行取料,取完移栽机构将空箱放入升降机构中进行空箱堆放。通过视觉进行引导机器人抓取产品,取完产品后料箱进入取料区,料箱等待人工取走。
这种方案主要是依靠3D视觉判断产品特征并且匹配来实现的,由于内芯内壳属于不锈钢材质的零件,反光性是比较强的,存在一定的误判率,3D视觉在此行业几乎没有案例可查。3D视觉价格也是相关昂贵的,运用此方案有一定风险性。
1.2.3 三轴龙门+蜘蛛手(机器人)+4轴机器人方案
①人工手工将物料箱放入放料区,通过升降机移栽机构将料箱移栽到机械手取料区,机械手进行取料,取完移栽机构将空箱放入升降机构中进行空箱堆放(料框个数需满足90分钟上料周期);
②料仓将料框送至桁架机械手抓取位置;
③桁架机械手手抓为磁性手抓,不断将零件抓入输送线上,机械手上的手抓带有零件检测装置直到零件检测传感器检测不到机械手上有零件后,给送料仓信号,料仓将新料框送入工位;
④内芯及内壳输送线上带有2D视觉系统,将零件方向位置信息传送给蜘蛛机械手,蜘蛛机械手将零件抓取后旋转角度放入带工装的输送线上;
⑤工件的输送线末端安装一台水平四轴机器人,将零件放入电阻焊工装上。
这种方案价格昂贵,占地面积大,机器人采购周期长,龙门加工安装调试不是很方便。程序应用比较复杂,调试周期长,此设备性价比偏低。
1.2.4 双三轴模组(悬臂) +双4轴机器人(一台设备)方案
①小车推入;
②升降模组托起周转箱上升,此时满料小车可回收;
③最上层周转箱被定位;
④并与下层分离;
⑤抓料:
1)抓料爪下降,电磁铁浮动取料;
2)电磁铁独立上下运动,抖料,目的通过工件加速升降,初步除去一个电磁铁吸2个料的情况;由于吸力通过被电磁铁直接吸取的工件传动磁力,所以磁力小,通过惯性剔除;
3)如果1个电磁铁同时直接吸两个料,则每个料磁力都会小2个同时抖掉;
4)运动抓料爪。到ccd上方再次判断有无叠料;
5)有叠则,次电磁铁,不放料,返回料框放料;
6)其余无叠料电磁铁放料。
这种方案采购占地面积偏大,成本相对较高,周期相对较短,风险性小,上料时不容易损失产品表面以及破坏产品,设备节拍也满足设计要求,但内芯上料料箱与内壳上料尺寸不一致。设备公用与兼容性偏低。
1.2.5 三轴模组(悬臂) +4轴机器人(2台设备)方案
内壳上料:
人工将目标小车以及备用小车放入指定位置。内壳上料车一次可以放4-5箱料(确保2个小时不停机)。
①设备自动检测到小车在正确的位置后机构定位周转箱开始上料,上料结束另外一箱上升到预定位置空箱移栽到另外一台空车上。
②机械手置带20kg电磁铁,吸取内壳放置在皮带线上。
③检测光栅进行检料,检测完成后,皮带线启动,内壳进入分料区域进行分料,内壳流入机器人检测抓取区域。
④4轴机器人进行工件的抓取。
这种方案采购周期相对较短,风险性小,上料时不容易损失产品表面以及破坏产品,设备节拍也满足设计要求,设备性价比较高。
难点有:燃烧器自动化产线项目中遇到上料难点,由无序上料变成自动上料。有很多苛刻要求诸如自动检测料箱,自动筛选,自动测量料箱深度,自动分料,自动吸料,自动判断无剩料。面对很多不可控因数,从开始生产的吸料不稳定,节拍不够,在實践中找到原因,调整方案,优化方案,在现场前完成安装和调试工作。
1.3 解决方案
自动判断料箱深度检测过程中,由于材料的反光性以及零件的杂乱无序,通过视觉及测距传感器是无法完成了且费用高。针对该系列难题,作者提出了如下解决方案:
①内芯内壳吸取方式:对内芯内壳的外形,材料特性进行了全方面的了解,确定内芯内壳可以采用磁铁吸取的方式。
②内壳上料方式:小车一进一出方式(一边满箱区,一边空箱区)。
③内芯上料方式:上进下出的方式(台面上放满箱区,台面下放空箱区)。
④自动检测料箱:通过对射传感器进行检测料箱
有无。
⑤自动筛选:内芯内壳在料箱中是无序的,无规则性,此时料箱的零件需要进行抖动,便于磁铁的抓取。设计抖动机构机构带动料箱做加速度运动。
⑥自动吸料:由于内壳零件比较异形,零件属于无序状态,有时候4个吸盘一个都吸不上,无法满足节拍要求。空心零件对电磁铁影响很大,2.5kg的电磁铁连15g的内壳都吸不住,空心零件破坏了电磁铁的磁场。通过实验改用了20kg的电磁铁才能吸住,因考虑到不是每个吸盘都能吸住,通过统计概率学分析,增加吸盘数量,由4个变成8个吸盘,从而使节拍满足要求。机器人吸取这块采用吸盘方式而没有采用电磁铁方式,此处吸取有精度要求,尺寸偏差精度需达到+/-0.5mm。通过视觉定位引导机器人进行吸取。吸盘采用特殊吸盘设计,其结构有自封小孔的特性。
⑦自动判断无剩料:通过CCD拍照进行比对,计算出零件位置,引导吸取机构吸取零件。
⑧综上难点分析,选择可行性方案来实现上料。方案一振动盘存在损失产品表面且无法追溯到具体零件上。虽操作容易但风险性高,不宜采用。方案二3D视觉经反复实验验证零件具有反光性,有一定误判与吸取失败性,设备造价高,外购件交货周期长,不宜考虑。方案三蜘蛛手机器人造价高,空间尺寸大,造价成本高,交期长,不宜采用。方案四料箱不兼容,结构做成一体不易维修。方案五设备易于维修,造价相对比其他方案低,交期可控,故采用此方案。
2 机架外观设计与安装布局
内芯机架设计优先考虑操作性和可维修性,机架采用60*60*3.0方管焊接而成。三点组合采用凹坑处理防止零件损坏,外形规整美观。
内芯机架设计优先考虑操作性和可维修性,机架采用60*60*3.0方管焊接而成。小车部位框架采用开放性框架,通过台面板以及侧面支撑固定机架,防止机架变形。台面采用多块板连接。节约设备成本且加工起来方便,组装也方便。
至此,本文阐述了燃烧器自动上料多种方案的选择和选型优化设计,安装调试,分析了难点,分别给出解决方案,由原先人工上料改成无人上料,填补整个燃烧器自动组装线的空白。经过不断的验证与分析处理,找到了合适的方案,同时也保证了不损坏零件表面。设备造价属于中等,性价比高。不断优化设备结构,提高设备性能,得到了客户的认可,同时也突破了很多关键技术,解决了无序上料的难点,为该行业提供技术支持。
3 测试结果
通过在客户现场批量生产验证,设备满足客户需求。人工将带有零件料箱的小车推入到上料机指定位置,启动设备,观察机器人是否将零件精确放入下道工序设备工装中。人工观察清箱过程中是否将料箱中的零件抓取完成的测试方法来判定,通过验证均满足要求。
4 总结
该文阐述了一些特殊场合需要运用到无序上料技术,在无序上料变有有序上料过程中由于各种原因人不能参与排料整理料,使得整个项目的瓶颈都体现在上料部分导致无法实现自动化生产的全过程。作者通过解决该行业中的上料难点,通过分析零件反光性,无序性,来料的数量差异大的现状来攻克难关。使得该项技术在该行业提供了参考,也填补了该行业自动化领域的空白。
参考文献:
[1]张周海.取暖炉燃烧器自动点焊机械手的研制[D].深圳大学,2016.
[2]苏子悦.中转站加热炉燃烧器系统控制设计及应用[D].东北石油大学,2018.
[3]李军喜,王文利.超(超)临界锅炉四角切圆燃烧器安装及找正方法改进[J].内燃机与配件,2017(24):79-81.